Estudiantes:

Edgar A. Bolivar Nieto

John Freddy Ochoa A.

Alexandra Vivas Liévano

Directores:

Ing. Nelson Arzola

Ing. Edwin Cárdenas

Bogotá D.C., junio de 2009

Departamento de Ingeniería Mecánica y MecatrónicaLínea de Investigación, Innovación y Desarrollo Tecnológico

XXIV MUESTRA DE MÁQUINAS Y PROTOTIPOSMERTT - Máquina de Ensayos a Resortes

Tratados Térmicamente

ANTECEDENTES Y FUNDAMENTACIÓN

El ensayo de tratamientos térmicos que se lleva a cabo actualmente por los estudiantes es de forma manual y bastante

imprecisa ya que las mediciones se realizan por medio de un dinamómetro y un flexómetro acoplados de manera

provisional.

Con el fin de optimizar el ensayo y sus resultados se propuso la construcción de la MERTT.

Su desarrollo se estimo en $520.000 pesos colombianos incialmente aunque este valor se incrementó durante los cuatro

meses que duró el proceso.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Lá máquina actualmente utilizada en la realización

del ensayo presenta imprecisiones en las medidas

debidas a la mala adaptación de los elementos y al

cabeceo brusco que se genera en el cabezal móvil.

Se requiere mejorar las condiciones del ensayo de

una manera considerable y además integrar

medidas de seguridad para el operario.

REQUERIMIENTOS DEL CLIENTEFuncionabilidad

Medir la distancia recorrida por el resorte elongado.

Reducir el margen de error de la medida.

Evitar el cabeceo.

Medir la fuerza aplicada.

Aplicación de fuerza indicada.

Velocidad de aplicación de la fuerza en forma correcta.

Que el resorte vuelva a su estado inicial automáticamente al terminar la prueba.

Comodidad

No impedir el tránsito de las demás personas en el laboratorio.

Fácil mantenimiento.

Fácil manejo.

Poco espacio de operación.

Reducción del trabajo físico.

Otros

Instrucciones claras y precisas de operación.

Maquina robusta.

BENCHMARKING

El MERTT es un

dispositivo con fines

netamente académicos,

por lo que es único, visto

de esta forma, es difícil

encontrar productos en el

mercado que cumplan

exactamente la misma

función. Para comenzar el

diseño tomamos

máquinas que se usan

para ensayos a tensión en

otro tipo de probetas.

FUNCIONES:

DIAGRAMA DE DESCOMPOSICIÓN FUNCIONAL

Para el desarrollo del ensayo generamos la caja gris que nos

resume el proceso:

FUNCIONES:

DIAGRAMA DE DESCOMPOSICIÓN FUNCIONAL

Se presentaron diferentes opciones para los diferentes sistemas de la

máquina:

Energia

Motor

Cadena

Sinfin Corona

Cremallera

Tornillo sinfin

Dinamómetro Digital

Celda de Carga

Resorte Patron

Ultrasónicos

Encoder

USB

Serial

Fin de la Carrera

Conductividad en el resorte

Resorte patron

Fuerza igual a cero

Paralelo

ZigBee

Banda - Polea

Cadena

Sistema Neumático

Sistema Hidráulico

Correa - PoleaManivela

Probeta

Gancho

Mordaza

Condiciones Iniciales

Usuario

GENERACIÓN DE CONCEPTOS

El diseño que cuenta con una manivela

supone una disminución importante en

los costos y en la dificultad de la

manufactura.

Al incorporarle un motor al dispositivo

se reduce el trabajo suministrado por el

operario. Ademas supone una mayor

estabilidad en la máquina evitando el

cabeceo y los movimientos bruscos que

afectan las mediciones.

GENERACIÓN DE CONCEPTOS

Al diseño que cuenta con un sistema de sinfín corona se le

agregó una transmisión de polea sincrónica para comunicar

los dos tornillos guías

GENERACIÓN DE CONCEPTOS

La elongación del resorte se

realiza por medio de un

sistema de tornillos que

desplazan un cabezal movil al

que va sujeta la parte superior

del resorte.

GENERACIÓN DE CONCEPTOS

Para la medicion de la fuerza

diseñamos nuestro propio

dinamómetro utilizando un resorte

patron de constante y

comportameinto conocidos en serie

con la probeta con la que se va a

realizar el ensayo.

De hecho la elongación de los

resortes es la medición, la fuerza

aplicada se calcula en función de la

constante del patrón.

PRESENTACIÓN DE LA ALTERNATIVA DE

DISEÑO DOMINANTE Y JUSTIFICACIÓN

El análisis de los diferentes

conceptos generados nos llevó a

este diseño final para la MERTT.

Además se implementó un software

de adquisición y manipulación de

datos, esto hace que ademas de la

precisión ofrecida, se obtengan

resultados en menor tiempo y con

facilidad de almacenamiento y

manipulación.

APORTE Y VALOR SOCIAL DEL DISEÑO

La implementación de esta máquina facilita la realización de un ensayo poco común y de

difícil acceso en la industria. Ademas reduce costos ante una eventual adquisición ya que los

dispositivos que se desempeñan de manera similar tienen enfoque industrial y exceden por

mucho las necesidades del laboratorio.

ANÁLISIS ECONÓMICOCant. Descripción Valor pesos colombianos

1 Microcontrolador Freescale MC68HC908GP32. $15.000

1 Display LCD 16x2 Caracteres con Backlight. $14.000

P.E. Cable protocolo RS-232 Serial (Con conectores). $7.000

1 Circuito impreso en Baquela. $12.000

P.E Demás componentes, conectores, condensadores,

Resistencias, leds, Max 232, Circuitos de potencia motor.

$28.000

P.E Sensores de Fuerza, deformimetros, Encoders. $30.000

P.E Motor D.C. $70.000

1 Eje roscado de 1 m longitud en acero AISI 1040 $ 40.000

1 Bastidor de la máquina $ 80.000

P.E Engranajes para transmisión de potencia $ 50.000

P.E Demás elementos de maquinaria incluidos tornillo, tuercas,

remaches, o elementos mecanizados.

$150.000

Total $494.000

ANÁLISIS ECONÓMICO

Como se puede observar en la tabla anterior, el presupuesto inicial se realizó de manera muy

conservadora.

Los gastos se fueron incrementando a medida que se realizaban las adquisiciones de los

diferentes componentes. Esto fue en realidad inevitable si no se quería afectar la eficacia y

efectividad de nuestro dispositivo.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

•Las etapas del proceso de diseño en realidad nos ayudan a llevar el desarrollo de nuestros

productos de una manera organizada y eficaz, al principio parece muy teórico e innecesario, pero al llegar a la etapa de manufactura y ensamble es muy importante tener claras las ideas y los objetivos de cada uno de los componentes del

diseño y la manera en que se integra a la máquina.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

•Los presupuestos deben hacerse con base en averiguaciones exaustivas, el no consultar

muchas y muy variadas fuentes lleva al desconocimiento del mercado y de los componentes que tenemos al alcance

•Siempre deben tenerse en cuenta las necesidades reales para las que es creada la

máquina, no en lo que al diseñador le parece que debería hacerse.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Y

HERRAMIENTAS DE INGENIERÍA

EMPLEADAS

• ULRICH KARL y EPPINGER STEVEN. “Diseño y Desarrollo de Productos,

Enfoque Multidisciplinario”, McGraw Hill Interamericana, 2004.

• ULLMAN DAVID. “The Mechanical Design Process”, McGraw Hill

International Editions,1992.

•Ansys

•Solid Edge

•StatGraphics

MUCHAS GRACIAS

EDGAR A. BOLÍVAR NIETO eabolivarn@unal.edu.co

JOHN FREDDY OCHOA A. jfochoaa@unal.edu.co

ALEXANDRA VIVAS LIÉVANO davivasl@unal.edu.co